CC BY
49
К 70-летию КАФЕДРЫ «АЭРОЛОГИЯ И ОХРАНА ТРУДА»
I А.Д. Рубан, А.И. Субботин,
... В.С. Забурдяев, 2000
УДК 622.4:553.17:622.81
А.Д. Рубан, А.И. Субботин, В.С. Забурдяев
МЕТАНООБИЛЬНОСТЬ ШАХТ: ИНТЕНСИВНОСТЬ МЕТАНОВЫДЕЛЕНИЯ, ВСПЫШКИ И ВЗРЫВЫ МЕТАНА
У
,/ гольные шахты на метаноносных месторождениях являются особо опасными объектами. В Российской Федерации в настоящее время 113 опас-ных по метану угольных шахт или 77 % общего их числа. К наиболее метанообильным отнесены 70 шахт, в их числе сверхкатегорные, Ш ка-тегории и опасные по внезапным выбросам угля и газа шахты. С применением дегазации работают 30 шахт, в том числе в Кузбассе - 17, Печорском бассейне - 6, на Урале - 3, на Сахалине - 3 и в Восточном Донбассе - 1. За 10 последних лет количество действующих шахт с дегазацией сократилось в 2,3 раза (табл. 1).
Метановыделение из шахт Российской Федерации составляет 2400 м3/мин, из них 75 % приходится на шахты с дегазацией. Средствами дегазации извлекается 565 м3/мин метана. Коэффициент извлечения метана из угольных месторождений РФ за счет средств искусственной дегазации составляет 0,23, в том числе в Кузбассе - 0,15, Воркуте - 0,43.
Наиболее метанообильными являются шахты Воркутского месторождения и Кузнецкого бассейна. В 7 шахтах Воркуты выделяется 715 м3/мин, а в 62 шахтах Кузбасса - 1375 м3/мин. Дегазационными системами извлекается из 5 шахт Воркуты - 310
Таблица 3
м3/мин, а из 17 шахт Кузбасса - 215 м3/мин метана. Эти цифры значительно ниже ранее достигнутых (табл. 2), что объясняется тем, что сократилось количество действующих шахт и снижены объемы добычи угля. Более 80 % каптируемого на шахтах РФ метана приходится на сближенные угольные пласты и выработанные пространства, остальное - на разрабатываемые пласты (преимущественно в Кузбассе).
На угольных шахтах России за последние годы резко возрос подземный травматизм. Даже при снижении в 1,8-2,2 раза объемов подземной добычи угля в 1996-1998 гг. по сравнению с 1990 г. коэффициент смертельного травматизма (количество погибших шахтеров отнесено к 1 млн. т добытого угля) повысился в 1,2-2,4 раза. При этом в десятки раз возрос долевой «вклад» в смертельный травматизм взрывов газа и пыли. В 1996-1998 гг. гибель людей от взрывов газа и пыли достигла 23-48 % общего количества погибших на угольных шахтах. В течение 1993-1998 гг. на шахтах России
Таблица 1
ежегодно погибало 117-219 человек, в том числе от взрывов метана и угольной пыли - от 28 до 106 шахтеров. В 1999 г. (с января по июнь) вспышки и взрывы метана происходили как на действующих шахтах («Красногорская», «Усинская» и «Котинская» в Кузбассе), так и на закрытой шахте «Централь-ная» в Воркуте.
Анализ аварий за 10 лет [1] свидетельствует о том, что за период с 1991-1994 гг. количество вспышек и взрывов метана на российских шахтах возросло в 2 раза по сравнению с 1985-1990 гг., причем травматизм со смертельным исходом повысился в 3,5 раза. Количество ежегодных аварий по этой причине с 6-10 в 19851990 гг. увеличилось до 13-23 в 19911994 гг. За последние 4 года их количество составило 53. От взрывов и вспышек метана ежегодно погибало в среднем 8-9 человек в период 19851990 гг. и 34-35 человек - в 19911994 гг. В 1995-1998 гг. по этой причине ежегодно погибало 43, 47, 106 и 32 шахтера соответственно по упомянутым годам.
Не менее удручающая картина наблюдается и на шахтах соседней Украины [2]. С 1970 по 1980 гг. произошло 30 взрывов газа, в 1981-1990 гг. - 34 и в 1991-1995 гг. - 17. Взрывов угольной пыли за 25 лет было 14. Кроме того, за этот период зарегистрировано 258 вспышек метана. На очистные и подготовительные забои приходилось 75 % взрывов и 81 % вспышек метана. В 1998 г. на шахтах Украины произошло 95 взрывов и вспышек
метана и пыли, при этом погибло 95 шахтеров, а за 5 месяцев 1999 г. количество взрывов и вспышек метана и пыли составило 57 и погиб 51 человек (шахта им. А.Ф. Засядько).
Особую тревогу вызывают круп-
КОЛИЧЕСТВО ШАХТ РФ, ПРИМЕНЯЮЩИХ ДЕГАЗАЦИЮ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ ИЛИ ВЫРАБОТАННЫХ ПРОСТРАНСТВ
КОЛИЧЕСТВО ВСПЫШЕК И ВЗРЫВОВ МЕТАНЙузнецкий
НА 146 УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ РОССИИ (1985-
Наименование аварий
Вспышки метана
в т.ч. на шахтах Кузбасса
Взрывы метана
в т.ч. на шахтах Кузбасса
Угольный бассейн, месторождение, регион
4З
тское Донецкий (восток) ЧелябинКНийчество аварий
1О
Приморье
Свасхеагол ин
в том числе на шахтах с дегазацией
56
З6
27
49
З5
18
12
Количество шахт с дегазацией
1989 г.
1992 г.
ЗЗ
10
57
1995 г.
26
4З
1998 г.
17
6
1
З
З
ЗО
7
4
4
2
4
4
З
1
1
5
4
Таблица 2
МЕТАНОВЫДЕЛЕНИЕ В ШАХТАХ КУЗБАССА И ВОРКУТЫ
№№ п/п Наименование показателей Угольный бассейн, месторождение
Кузнецкий Воркутское
1 Количество шахт, шт. в т.ч. с дегазацией 82/73*) 26/18 10/8*5 7/6
2 Метановыделение, м3мин. в т.ч. на шахтах с дегазацией 1680/1460 1180/995 967/810 892/645
3 Расход каптированного метана, м3/мин 312/224 319/308
4 Коэффициент извлечения метана средствами дегазации, доли ед. в т.ч. на шахтах с дегазацией 5 3 о" о" о* о* 8 8 сэ сэ со чо со, со, сэ сэ
5 Объемы утилизированного метана, м3/мин - 58/54**)
6 Коэффициент использования каптируемого метана, доли ед. - 0,18/0,18
*) Числитель - 1995 г., знаменатель - 1997 г. ** Среднее за год
ные взрывы метанопылевоздушных смесей с катастрофическими последствиями, происшедшие в последние годы на шахтах «Баренцбург» (о. Шпицберген), им. Шевякова и «Зыря-новская» (Кузбасс), «Центральная» (Воркута), им. А.А. Скочинского и им. А.Ф. Засядько (Украинский Донбасс).
Анализ фактических данных о вспышках и взрывах метановоздушных смесей на шахтах России за 10 лет (1985-1994 гг.) свидетельствует о следующем.
Вспышки, взрывы и внезапные выделения метана, приводившие к травмам и человеческим жертвам, составили 96% общего количества аварий, происшедших в результате нарушения пылегазового режима в метанообильных шахтах.
Количество вспышек и взрывов метановоздушных смесей в шахтах РФ весьма велико. Так, за 10 лет (1985-1994 гг.) было зарегистрировано 85 вспышек и 36 взрывов метана (табл. 3). Просматривается практическое равенство чисел в выборке, характеризующей взрывы метана на применявших и не применявших дегазацию шахтах РФ. Вспышки метана были выше в 1,4-1,7 раза на шахтах с дегазацией, метанообиль-ность которых в 80 % случаев составляла от 40 до 290 м3/мин, т.е. была в несколько раз выше, чем на шахтах без дегазации, где она не превышала 35 м3/мин.
Предпосылками к авариям были загазирования выработок, вызванные нарушениями их проветривания. На
долю наиболее опасных и метанообильных подготовительных и очистных забоев пришлось 87 % аварийных случаев. Воспламенение метановоздушных смесей происходило в 46 % случаев при ведении очистных работ, 22 % случаев - при электрических и 12 % случаев - при фрикционных искрениях. Средневзвешенная величина метановы-деления в шахте составляла 28,4 м3/мин, а суточная добыча угля - 2300 т.
На шахтах РФ с различной мета-нообильностью (табл. 4) среднегодовая частота вспышек и взрывов метановоздушных смесей изменчива и практически не зависит от уровня ме-тановыделения в шахтах. Так, при средневзвешенной частоте взрывов метана, равной 2,8 %, превышение этого вида метановой опасности в 1,2 раза наблюдалось при метановыделени-ях в шахтах 10-30 и 40-70 м3/мин, а в 1,8 раза - при метановыделении 70 - 100 м3/мин. Относительно низкая частота взрывов метана отмечена при метано-выделении в шахтах менее 10 м3/мин (п=0,8 %) и более 100 м3/мин (п=0,9 %).
Превышение среднего уровня частоты вспышек и взрывов метана, раной 11,5 %, выпало на шахты с мета-новыделением 20-30 и 40-70 м3/мин, а частота метановой опасности ниже среднего уровня просматривается на шахтах с метанообильностью до 20, 30-40 и более 70 м3/мин. Более того, в 1995 г. произошел взрыв метана на шахте «Аютинской» (ОАО «Ростов-уголь»), ранее отнесенной к негазовой. Подобный случай ранее был зарегистрирован в Индии на негазовой шахте «Дхори» (1965 г.), где источ-
ником взрыва угольной пыли был взрыв метана, после которого все угольные шахты Индии отнесли к газовым.
Вспышки и взрывы метановоздушных смесей в шахтах России, на которые оказывают Таблица 4
ЧАСТОТА (В ПРОЦЕНТАХ) ВСПЫШЕК И ВЗРЫВОВ МЕ' С РАЗЛИЧНОЙ МЕТАНООБИЛЬНОСТЬЮ (1985-1994 Г.Г
Количество шахт
Менее 10 10-20 20-3
6. 2,4/0,8*)
27 7,7/3,3
18 13,9/3
11
6
6
6
11
*) Числитель Знаменатель - частота вспы частота взры шек и взрыво ов метана в метан
влияние технологические, организационные и субъективные факторы, носят вероятностный характер.
Этот тезис подтверждается фактическим материалом о состоянии метановой опасности на шахтах, применявших дегазацию угольных пластов и выработанных пространств, а также количеством шахт с дегазацией, допустивших вспышки и взрывы метановоздушных смесей.
Так, на 31 шахте с дегазацией за 10 лет произошло 64 взрыва и вспышки метана, из них 15 взрывов на 13 шахтах. При среднесуточной добыче угля 2550 тонн средневзвешенная метанообильность шахты составила 45,7 м3/мин.
Уровень и коэффициент извлечения метана из шахт с помощью
Таблица 5
ЧАСТОТА (В ПРОЦЕНТАХ) ВСПЫШЕК И ВЗРЫВОВ МЕТАНА НА 56 ШАХТАХ РОССИИ ПРИМЕНЯВШИХ ДЕГАЗАЦИЮ (1985-1994 ГГ.)
Таблица 6
СВЕДЕНИЯ О ТРАВМАТИЗМЕ НА УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ РОССИИ
Годы Добыча угля в шахтах, млн. т Травматизм, чел/год Коэффицш
Общий Смертельный Смертельный от взрывов газа и пыли На шахта
1993 127,5 19120 197 40 1,55
1994 118,8 16695 187 28 1,57
1995 105,0 15761 173 43 1,65
1996 94,8 13350 117 37 1,23
1997 91,9 9818 219 106 2,38
1998 78,0 7525 135 32 1,73
до 50 и от 100 до 290 м /мин и по 3 - при 10-20 и 50-100 м3/мин. При среднегодовой частоте взрывов и
правовых и нормативных актах, социальных условиях жизни шахтеров.
Количество шахт с дегазацией Метанообильность шахты, м3/мин
Всего Допустивших взрывы и вспышки метана Менее 10 10-20 20-30 30-40 40-50 50-70 70-100 100-290
2 0 0
7 со 4/ 8,6/7,1*)
8 4/1 12,5/1,3
10 7/1 7,0/1,1
6 3/1 20,0/3,3
6 4/3 20,0/3,3
6 4/3 10,0/5,0
11 4/1 10,0/0,9
* Числит Знаменат и ет ки ме В 3 шв § * сз т т ель ль ее взрывы мет ана ана
средств дегазации зависит от объемов метановыделения и добычи угля в шахтах.
Количество шахт с дегазацией, допустивших вспышки и взрывы метана (табл. 5), слабо связано с метанообильностью шахт. Так, количество шахт с дегазацией, на которых происходили вспышки и взрывы метана, составляло 4 при метановыделении в шахтах от 10 до 30 и от 50 до 290 м3/мин, и 7 - при 30-40 м3/мин. Из числа шахт, допустивших взрывы метана, по 1 было при выделении метана от 20
вспышек метана на шахтах с дегазацией, равной 12,6 %, превышение среднего уровня в 1,6 раза наблюдалось в шахтах с метановыделени-ем 40-70 м3/мин. Среднегодовая частота взрывов метана была выше ее средневзвешенной величины 3,1% в 2,3, 1,06 и 1,6 раза в шахтах с интервалами метановыделения 10-20, 40-70 и 70-100 м3/мин, соответственно.
Основные причины, приводящие к вспышкам и взрывам метановоздушных смесей на шахтах России, заложены в инфраструктуре шахт,
В газообильных шахтах России риск подземного производства по факторам загораний, вспышек и взрывов метана, оцененный отношением количества аварий по газу за 10 лет (1985-1994 гг.) к числу шахт и периоду их обследования, составил 4*10-4, в том числе по фактору взрыва метановоздушных смесей, приводящего к тяжелым, а порой и катастрофическим последствиям - 1 *10-4.
Наблюдаемое после распада СССР снижение объемов добычи угля в РФ, в основном за счет ликвидации неперспективных и убыточных шахт с тяжелыми горно-геологичес-кими условиями, не сопровождается существенным снижением смертельного травматизма, а удельный травматизм, оцененный количеством смертельных случаев на 1 млн. тонн добытого в шахтах угля, даже возрос как по общему смертельному травматизму, так и по смертельному травматизму от взрывов газа и пыли (табл. 6).
Взрывы и вспышки метанопыле-воздушных смесей, достаточно часто
(табл. 8). Сведения о крупных авариях (табл. 9) также подтверждают серьезную экономическую опасность взрывов метанопыле-воздушных смесей и пожаров в угольных шахтах.
Актуальными для России продолжают оставаться исследования динамики газоотдачи угольных пластов, условий и скорости формирования опасных по метану ситуаций в забоях при нарушении их проветривания, рациональных методов управления газовыделением и дегазации источников метановыделе-ния, влияния степени дегазации угольных пластов и выработанных пространств на производительность и безопасность горных работ в метанообильных шахтах.
Расчеты показывают, что повышение среднесуточной добычи угля в высокогазообильных шахтах России до 15-20 тыс.тонн возможно при снижении метанообильности участков до 10-15 м3/т. Процент извлечения метана средствами дегазации в различных горногеологических условиях должен со-
Таблица 7
ВСПЫШКИ И ВЗРЫВЫ МЕТАНА НА УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ РОССИИ (1998 Г.)
Шахта
«Центральная» Им. В.И. Ленина
«Киселевская»
«Амурская»
«Юбилейная»
«Заполярная»
Акционерное общество
Вид аварии
«Воркутауголь» Таблица Взрыв метана и уголь-
ЭКО
«Междуреченскуголь»
«Киселевскуголь»
«Приморскуголь»
«Кузнецкуголь»
«Воркутауголь»
ТИтого1
происходящие в шахтах, приводят к гибели людей и большому экономическому ущербу. Так, 7 таких аварий, происшедших в 1998 г. на шахтах РФ, были оценены экономическими убытками в размере от 0,1 до 40,2 млн. руб. [3] и в сумме составили более 56 млн. руб. (табл.7 ). При этом приходящийся на одну аварию экономический ущерб, вызванный взрывом или вспышкой метана, по своей величине уступает только ущербу от эндогенного пожара
Взрыв
ной пыли Вспышка метана
Вспышка метана Взрыв метана Вспышка метана Вспышка метана
Дата
18.01 РИЙ НА ШАХТАХ
21.01 личество авари
17.04
с эКонйми-че
уЩ6р§8м, пр
тытм
13.К"Учету 12.117
ставлять при метанообильности 2030 м3/т 30-50 %, 30-40 м3/т 50-65 %, 40-60 м3/т 65-75 %. Объемы каптируемого метана от достигнутого должны быть увеличены в 2-3 раза, а на шахтах с низкой эффективностью дегазации в 5-10 раз.
Экономический ущерб, млн.руб
40,20
0,10
5,97
9,87
0,20
0,16
0,36
метана 56 8
Эндогенный пожар 31 19 221,59 11,66
Экзогенный пожар 27 15 89,58 5,97
Обрушение пород 21 2 0,06 0,03
Г орный удар 1 1 7,0 7,0
Итого: 87 44 375,1
Таблица 9
АВАРИИ НА ШАХТАХ РОССИИ С КРУПНЫМ ЭКОНОМИЧЕСКИМ УЩЕРБОМ (1998 Г.)
Шахта Акционерное общество Вид аварии Экономический ущерб, млн. руб.
«Центральная» «Воркутауголь» Взрыв метана и угольной пыли 40,2
«Красный Кузбасс» «Облкемеровоуголь» Эндогенный пожар 100,0
Им. Дзержинского «Прокопьевскуголь» Эндогенный пожар 82,7
«Абашевская» «Кузнецкуголь» Экзогенный пожар 26,6
«Сигнал» «Облкемеровоуголь» Экзогенный пожар З9,4
1. Сергеев И.В., Забурдяев В.С., Бобров ИА. Проблемы безопасности в метанообильных шахтах. «Безопасность труда в промышленности», М., 1997, №2, с.2-5.
2. Bobrov Anatoly I., Busygin Konstantin K. Trends of aerogas control efficiency improvement in coal mines of Ukraine. Proceedings of
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
the 27th International Conference of Safety in Mines Research Institutes. 20-22 February 1997. New Delhi - Calcutta. Volume II, pp.969-972.
3. Аварийность и противоаварийная готовность предприятий угольной промышленности. Центральный штаб военизированных горноспасательных частей. М., 1999, информ. бюлл. №3, 53 с.
ШШШШШШШШ-..........................
Рубан АД — член-корр. РАН, Институт горного дела (ИГД) им. А.А. Скочинского. Субботин А.И. — кандидат технических наук, ИГД им. А.А. Скочинского. Забурдяев В.С. — кандидат технических наук, ИГД им. А.А. Скочинского.
